在澆注型聚氨酯彈性體生產(chǎn)中可采用一步法、預(yù)聚體法和半預(yù)聚體法工藝。澆注型聚氨酯彈性體彈性目前主要是聚酯（或PT-MEG）-TDI-MOCA體系。MDI體系澆注型彈性體體系不多。
由于低聚物多元醇可能含少量水分，若不除去，水會與異氰酸酯反應(yīng)，不僅消耗異氰酸酯，還會放出二氧化碳，在彈性體中產(chǎn)生許多小泡孔，降低制品性能。因而在合成彈性體之前，須對低聚物多元醇進(jìn)行脫水處理。一般將低聚物多元醇加熱到100～120℃,攪拌下抽真空,使體系真空度在(5～10)×133Pa左右，脫水1～3h.脫水時(shí)間取決于多元醇數(shù)量、含水量及反應(yīng)容器的大小與形狀。對于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)來說，可采用薄膜蒸發(fā)器或噴霧干燥法脫水。
5.3.2.1一步法
所謂一步法工藝是指將低聚物多元醇、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑和催化劑等同時(shí)混合后直接注入模具中，在一定的溫度下固化成型的方法。此法生產(chǎn)效率高，因無需制備預(yù)聚體而節(jié)省能量，生產(chǎn)成本較預(yù)聚體法低，可用小型澆注機(jī)生產(chǎn)。但反應(yīng)較難控制，所得彈性體分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，力學(xué)性能不如預(yù)聚體法好，故常用于制造低硬度、低模量的制品印刷膠輥、小型工藝實(shí)心輪胎、壓力傳動輪等。
5.3.2.2預(yù)聚體法
首先將低聚物多元醇與二異氰酸酯進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，生成端NCO基的聚氨酯預(yù)聚物，澆注時(shí)再將預(yù)聚物與擴(kuò)鏈劑反應(yīng)，制備聚氨酯彈性體的方法。稱之為預(yù)聚體法。預(yù)聚體法澆注彈性體體系是雙組分體系，一個(gè)組分為預(yù)聚體，另一組分為擴(kuò)鏈/交聯(lián)劑或其加有催化劑、防老劑、色料、填料等助劑的混合物。擴(kuò)鏈組分有時(shí)也稱為固化劑。采用預(yù)聚體法制備聚氨酯彈性體，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，由于采取了預(yù)聚步驟，在進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)時(shí)放熱低，易于控制，制得的聚氨酯分子鏈段排列比較整規(guī)，制品具有良好的力學(xué)性能，重復(fù)性也較好。故至今大多數(shù)澆注型彈性體都采用預(yù)聚體法制備。一些生產(chǎn)廠家把聚氨酯預(yù)聚體作為產(chǎn)品銷售，用戶使用這些預(yù)聚物可以很方便的制備能滿足各種不同使用要求的制品。工藝流程圖5-1所示。
擴(kuò)鏈劑等
二異氰酸酯
制品 、
圖5-1 預(yù)聚體法工藝流程
通常在合成預(yù)聚體時(shí)，將已脫水的低聚物多元醇與計(jì)量的二異氰酸酯反應(yīng)，在75～80℃保溫反應(yīng)2h左右，分析NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，貯存待用。在隔絕濕氣的情況下，生產(chǎn)的預(yù)聚體在室溫下可貯存數(shù)月。工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)聚體、小規(guī)模生產(chǎn)一般采用釜式間歇法工藝。近年來已出現(xiàn)了連續(xù)法生產(chǎn)工藝。
以MOCA為擴(kuò)鏈劑的澆注彈性體一般采用熱澆注工藝生產(chǎn)，一般把預(yù)聚體加熱至80℃或更高的溫度，最好在100～105℃下對預(yù)聚物進(jìn)行真空脫氣處理，再加入擴(kuò)鏈劑。在較高的溫度下預(yù)聚體粘度降低，有利于均勻混合和氣泡逸出。以低分子二元醇或其它液體擴(kuò)鏈劑擴(kuò)鏈時(shí)混合溫度可取60～70℃；以MOCA作擴(kuò)鏈劑時(shí)，應(yīng)首先將MOCA加熱至115～120℃使之熔化，再在80～100℃下與預(yù)聚物混合，快速攪拌混合1～2min后，并迅速注入預(yù)熱的模具中。在某些工藝中，混合后立即減壓脫泡，然后再進(jìn)行澆注。
5.3.2.3 半預(yù)聚物法
半預(yù)聚物法與預(yù)聚體法的區(qū)別是將部分聚酯多元醇或聚醚多元醇留待擴(kuò)鏈時(shí)與擴(kuò)鏈劑、催化劑等以混合物的形式添加到預(yù)聚物中。也就是說，配方中的低聚物多元醇分兩部分，一部分與過量二異氰酸酯反應(yīng)合成預(yù)聚體，另一部分與擴(kuò)鏈劑混合，在澆注時(shí)加入。生成的預(yù)聚體中游離NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為0.12～0.15（12%～15%），故常把這種預(yù)聚體稱作“半預(yù)聚體(quasi-prepoly-mer)”.
半預(yù)聚體法的特點(diǎn)是，預(yù)聚體組分粘度低，可以調(diào)節(jié)到與固化劑混合組分的粘度相近，而且配比也相近(即混合質(zhì)量比可為1:1)，這不僅是提高了混合的均勻性，而且改善了彈性體的某些性能。
半預(yù)聚體法多用于MDI型澆注彈性體的生產(chǎn)，這是因?yàn)镸DI預(yù)聚體粘度較大，制成半預(yù)聚體可降低粘度；并且常用的二醇擴(kuò)鏈劑（如1,4-丁二醇）用量少，采用預(yù)聚體法計(jì)量和配比的誤差大，還不易混合均勻。采用半預(yù)聚體法，可使兩個(gè)組合的粘度和用量想匹配。并且MDI澆注體系中，存在于預(yù)聚體中的過量的MDI氣味小，對操作人員毒害小。半預(yù)聚物法還適于反應(yīng)注射成型（RIM）工藝使用。
半預(yù)聚物法制備澆注型聚氨酯彈性體的工藝條件基本上與預(yù)聚體法工藝相同，但應(yīng)注意低聚物多元醇、擴(kuò)鏈劑及催化劑的混合物事先須進(jìn)行脫水脫氣處理。一般說來，半預(yù)聚體法雖不及由預(yù)聚體制得彈性體性能好，但半預(yù)聚法有其工藝上的優(yōu)點(diǎn)：如兩組分年度較低，易混合均勻，在多數(shù)情況下，合成性能不同的一系列產(chǎn)品時(shí)，半預(yù)聚體可以通用，只需對另一組分（擴(kuò)鏈劑和低聚物多元醇）的配方進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整即可，可大大縮短生產(chǎn)和加工周期。
5.3.2.4 澆注工藝
澆注型聚氨酯彈性體一般以液體原料注入模具經(jīng)硫化而得最終制品時(shí)，一般可采用手工澆注工藝及機(jī)械澆注工藝。澆注彈性體生產(chǎn)最好應(yīng)采用自動化水平較高的混合-反應(yīng)-澆注一體化的澆注機(jī)注模，這樣才能保證彈性體的質(zhì)量和性能的穩(wěn)定性。也有的采用離心機(jī)和真空澆注等方法，這些都有利于成型和消除氣泡。
（1）手工澆注 手工澆注適用于生產(chǎn)批量小、品種多的小型制品，是實(shí)驗(yàn)室和小型工廠較為常用的生產(chǎn)彈性體制件的方法。一步法、預(yù)聚體或半預(yù)聚體體法都可采用手工澆注工藝。手工澆注簡單靈活，成本也低，然而可能存在攪拌不均問題，氣泡也不易消除。對于預(yù)聚體法，一般操作步驟是：在容器中稱量預(yù)聚體，加熱到80～100℃，在真空容器（如真空干燥器）中脫氣泡，若澆注量大，可在反應(yīng)容器中加熱攪拌脫泡；同時(shí)根據(jù)預(yù)聚體的用量計(jì)算擴(kuò)鏈劑的用量，并稱量在另一預(yù)熱的小燒杯中，若擴(kuò)鏈劑是MOCA，則需加熱到120℃左右使MOCA熔化成低粘度液體。將擴(kuò)鏈劑趁熱倒入預(yù)聚體中，快速攪拌1～2min，必要時(shí)進(jìn)行減壓脫泡，立即倒入已準(zhǔn)備好的模具中，加熱硫化。
（2）機(jī)械澆注 隨著聚氨酯彈性體制品在各工業(yè)及民用領(lǐng)域中用量的迅速增加，為了提高生產(chǎn)效率，聚氨酯彈性體澆注機(jī)已越來越多地用于聚氨酯彈性體的生產(chǎn)。澆注機(jī)配備自動計(jì)量泵和混合器，把預(yù)聚物脫氣后再與經(jīng)活塞泵嚴(yán)格計(jì)量的擴(kuò)鏈劑同時(shí)輸送到混合器中混合均勻，澆注時(shí)液體經(jīng)過混合器的澆口直接注入模具中，經(jīng)硫化即得的制品。預(yù)聚體的預(yù)熱、脫泡和計(jì)量、擴(kuò)鏈劑MOCA的熔化、計(jì)量、混合及澆注都可通過澆注機(jī)進(jìn)行，所有制冷都可以通過程序自動控制。
混合器可連續(xù)或間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，并可使混合和注射動作同時(shí)進(jìn)行。機(jī)械澆注可連續(xù)和間歇進(jìn)行。機(jī)械澆注生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合于大批量及中大型制品的生產(chǎn)。
（3）特殊澆注工藝 澆注型聚氨酯彈性體的生產(chǎn)一般可采用常壓澆注，即反應(yīng)混合物澆注到敞口的模具中再合模。常壓澆注過程中，對于一些形狀復(fù)雜或不允許膠中夾有氣泡的制品，可將模具置于大型真空室中，借澆注壓力注模，邊澆注邊抽真空脫泡，這種方法稱為真空澆注。
當(dāng)制品的精度要求嚴(yán)格時(shí)，可采用加壓澆注法模壓成型，即將物料倒入模具腔內(nèi)合模，對模具加壓的方法。當(dāng)采用模壓法時(shí)，液體充滿模腔后，不能立即合模升壓，必須停留一段時(shí)間，使膠料達(dá)到凝膠點(diǎn)再模壓，這時(shí)物料表面變硬、無粘性，但可發(fā)生塑性變形。若在凝膠點(diǎn)前加壓，物料流動性大，外溢較多，難以保持模具內(nèi)部壓力，氣泡難以逸出；在凝膠點(diǎn)后加壓，因物料發(fā)生交聯(lián)，彈性大，易造成表面破裂，影響制品質(zhì)量。可通過催化劑催化劑用量使物料具有合適的凝膠點(diǎn)。類似方法還有壓注法，即用柱塞將反應(yīng)物料壓入模腔，也需選擇合適的加壓時(shí)間。
也可將模具置于離心機(jī)上，使模具隨離心機(jī)轉(zhuǎn)動，澆注時(shí)在模具中央注入的液體在高速離心力的作用下向圓柱形模具的四周內(nèi)壁均勻分布，經(jīng)加熱硫化后脫模，這種方法稱為離心澆注，離心澆注適于制備薄片狀或帶增強(qiáng)材料的制品，也可以制造膠輥。物料中的氣泡受到模具高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而破裂，制品中一般不會存在氣泡。離心法澆注成型工藝中，混合膠料的粘度和凝膠時(shí)間與離心機(jī)旋轉(zhuǎn)速度（離心力）之間必須保持平衡，否則會出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。
將液體膠料注入模具有垂直澆注法、傾斜澆注法等，必須采用合適的方法，避免注料是混入氣泡。
RIM工藝的混合頭是采用高壓液流碰撞原理實(shí)現(xiàn)兩組合的均勻混合。為適用微孔PU的生產(chǎn)（例如生產(chǎn)聚氨酯鞋），混合頭改成借助高速旋轉(zhuǎn)的螺桿（轉(zhuǎn)速為18000r/min）實(shí)施混合，目前這種結(jié)構(gòu)的RIM機(jī)已開始用于普通澆注型聚氨酯的生產(chǎn)。這種RIM機(jī)由貯料系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)和混合頭3個(gè)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。A組分液體和B組分液體經(jīng)計(jì)量泵精確輸入混合頭中，經(jīng)螺桿混合后迅速注入模具中。與普通澆注機(jī)澆注相比，RIM工藝具有自動化程度高、節(jié)能和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，又因采用半預(yù)聚物法原理，產(chǎn)品質(zhì)量也高。 環(huán)氧樹脂 - www.ytfilter.com -(責(zé)任編輯：admin) |
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